归航信标
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2021-04-19更新
最新编辑:赫尔戈兰-图林根
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更新日期：2021-04-19
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基础数据
装备考究
72DM型返航指示信标，安装在航母主桅上方，帮助舰载机确认母舰的实时位置
时代背景
在航母刚刚问世时，还没有用于引导舰载机返航的无线电设备和系统。当时舰载机的主流导航方法是：在起飞前，飞行员会被告知航母在接下来几小时内的航行路线和航速，飞机起飞后使用机载设备判断和记录飞机自身的飞行方向和飞行距离，在返航时进行绘图和计算，从而判断航母的大致位置。
然而随着时代的发展，舰载机的作战半径逐渐扩展，这种较为原始的导航方式却暴露出许多不足。舰载机起飞后，航母本体有可能受到恶劣海况或为躲避敌舰而严重偏离既定航线；舰载机可能出航6-7个小时，经过激烈的作战或恶劣的天气，记录的飞行路线可能存在偏差，长时间的飞行导致飞行员已经身心俱疲。如此一来可能需要消耗更多燃油来寻找航母，甚至出现找不到航母的窘境。
1932年，英国皇家海军的一次演习中，航母就因遭遇特殊情况而无法到达预定的地点，以至于其被迫打开无线电，将航母的实时位置告诉舰载机。如此打破无线电静默无疑是相当危险的，因为这可能会暴露航母的位置。对于这个问题，当时曾有一种解决方法：航母放飞一架专门用于导航的飞机，这架飞机起飞后使用加密代码向其他舰载机发送航母的准确位置。然而当战况进入“物资缺乏”时，这种方法被认为是不可行的，额外的“导航机”还会占用航母宝贵的载机量。因此开发一种简单可靠、且可以在多种复杂情况下使用的导航方法势在必行。
早在1931年编写、1932年发行的《Progress in Tactics》上就提及了使用一种VHF频段信标和一种特殊“归航”装置的方法。
1932年6月，英国开始研发一种旋转型无线电信标，这种信标使用米波，信号有效覆盖距离约为50海里（当飞机的飞行高度为5000英尺）。当时的信号学校（H.M. Signal School）开发了一种使用硅磁控管（不是多股磁控管）的发射机，发射波长约3米；英国皇家飞机公司（Royal Aircraft Establishment）开发了一种带有失超信号源的超外差接收机，接收波长3-4米。发射机使用了调幅调制，调制波频率可以是人耳可以听到的声波也可以是超声波。当使用人耳听觉频率进行调制时，接收机无需进行二次拍频；当使用超声波进行调制时，接收机会用检波后得到的超声波与本级失超信号混频，从而得到人耳可听的拍频—音频信号。1934年至1935年间，装置的天线和电路部分进行了多次改进；1935年，装置在朴茨茅斯进行了岸上实验，取得了较大的成功，同年又在勇敢级航母上进行了实验，证明了装置的作用。
1936年，此（系列）装置正式被命名为72型（72系列）。其中包括72X、72DM、72DP三种型号。1936年，72X信标正式服役，直到1940年中期被安装在了航母和隶属于皇家海军的岸基航空基地上。72X型出现不久后，72DM型信标投入使用。72系列的最后一种，即72DP型信标在72DM型上进行了改进，飞行员不再需要使用“信标手表”。包括勇敢级航母、皇家方舟号航母、独角兽号和光辉级航母等均曾装备过72型信标。
72DM型信标简介
早期型的72X型信标安装在航母桅杆顶端，但随着舰船上的雷达等探测设备越来越多，体积较大的信标有必要给雷达设备让出宝贵的桅杆顶端，转而移到桅杆中部（距离海面约有100英尺）。这意味着整个天线系统、辐射单元、反射器、传输线和发射机等设备需要一起围绕着桅杆旋转。
改进后得到的型号被称为72DM型。圆筒形状的外罩安装在三角桅杆相交处的一个直径约为10英尺的钢制平台上，外罩的侧面为胶合板材质，外部覆盖了帆布；外罩顶部亦为木质，且带有金属支撑结构。支持桅杆顶端雷达设备的电缆和传输线通过桅杆与一个铜网屏蔽层，从下部连接到上部。外罩的外侧还有一个垂直的木质梯子，方便人员前往桅杆顶部。
在护罩内部即是无线电发射组件。天线系统和发射机安装在铝制框架上，垂直半波偶极振子安装于内部框架的前部，同时位于反射面的焦点处。发射机则固定在后部，以防造成互相干扰。发射机使用了两只NT58型电子管（电气特性基本等同于马可尼公司的DET12型电子管）作为功率放大元件，频率稳定性和输出功率相较于72X型得到了一定的改善。发射载波频率为182.5MHz-218.5MHz，调制方式为调幅（AM），调制波频率约为20KHz。虽然资料中并未描述72DM型的载波发生器和调制波发生器原理；但72DP型的二者均为晶振驱动，其中载波发生器除了晶振外还使用了4级共36倍倍频器，包括一个初级3倍频器、两个2倍中级倍频器和一个3倍后级倍频器。考虑到频率范围，72DM型的载波发生器原理和72DP型可能类似（72DP型载波频率200-250MHz），调制波发生器可能有较大差别。
整个发射器由控制系统通过三相同步电机控制其旋转、并控制其发送信号。控制系统由一个内部的转速较为精确的直流电机作为时间基准，同时还可以接收舰船自带陀螺仪的信号，保证整个发射器每分钟匀速旋转360度、每秒钟匀速旋转6度、信号主瓣每60秒扫过地理北方一次，同时每秒钟以一个短暂脉冲的形式发送信号（控制系统原理参考72DP型信标的控制系统，其和72DM有部分相似之处）；这个过程即使舰船进行转向甚至原地转圈，由于有陀螺仪的补偿，发射器都会无视舰船的转向，而严格按照上述的规则旋转。（关于使用此信标判断航母方位的原理请见下方“信标手表”相关介绍）。发射器所需的电源线路和控制线路由滑环结构连接，保证发射器在旋转过程中不会中断。
战前，一些英国航母就已经装备了72DM信标。1939年，R1147型信标接收机进入服役。在战争初期，72DM型信标发挥了很大的作用，为飞行员返航提供了很大的便利。有观点认为，72系列信标帮助皇家海军节省了大量的航空燃油。言外之意，信标的引入，可以帮助飞行员在返航时更快、更准确地找到航母，而不需要再去耗费更多的时间和燃油去寻找航母。
1943年初，胜利号航母在赴美改造时拆除了原有的72DM信标，转而安装美制YE信标系统。1943-1944年，美制的YE和YG型信标逐渐取代了皇家海军舰船上的72系列信标。1947年，胜利号航母上的YE信标又被tacan信标系统取代；而直到1960年代，皇家海军中仍有部分舰船装备着YG信标。
相关图片
暴怒号航母的72型返航信标。正在起飞的是一架830中队的梭鱼舰载机
胜利号航母的72DM型信标（红框内），摄于1943年之前
彩绘：胜利号的前桅杆，可见上面的72DM信标
线图：胜利号航母建成时的前桅杆结构（左为侧视，右为正视），可见72DM型信标
72DP信标旋转控制系统图（此非72DM信标的控制系统原理图，但与72DM信标类似）
72DP信标水平信号相对强度与主辐射方向夹角的关系（注意：不是72DM的关系图，但72DM与此图类似）
配套设备
指南针
指南针，顾名思义，是利用磁性材料与天然地磁场（或其他原理）判断地理方位的工具。二战大多数军用飞机上都会装备，主要用于辨别方向和辅助导航。单独拿出来并没有什么特别的，是72X和72DM型信标的使用过程中的重要一环。
海火I/II型战斗机驾驶舱图，红框内是指南针
R1147接收机
72X型信标刚刚进入服役时，其配套接收机主要是R1110型接收机，用于接收信标发出的信号并转换成人耳听力范围内的音频。其接收范围与72X型信标匹配，为206.5-218.5MHz，自带失超信号源约为19KHz，电子管阳压供电由总电压为120V的干电池提供。这一型接收机有很多不足，比如灵敏度、选择性和稳定性不佳，且频率接收范围不能覆盖新型的72DM信标，于是在1938年夏季，英国军方开始考虑研发R1110接收机的替代品。
战争前夕的1939年，全新的R1147型接收机投入使用。R1147接收机不仅继承了R1110型的接收范围，还额外增加了182.5MHz-206.5MHz的频率范围，从而对72DM型信标182.5MHz-218.5MHz的发射频率范围做到全覆盖，接收频率宽度为500KHz，因此容许信标发射机的频率发生微小的偏差。R1147接收机使用四分之三波长天线，电路结构为超外差式，中频频率25MHz，本级振荡信号由一个独立的电子三极管与本振线圈等产生，通过高放级电子管的阳极进行混频。中频放大器由两级标准接法电子五极管构成，前后一共三组中频变压器。接收机自带了一个频率范围为20KHz-23KHz的失超信号源，其输出信号与检波后的超声波音频信号拍频后，通过低通滤波器可以得到一个几千Hz的音频信号，再经功率放大后送到耳机发声。相对于R1110型接收机，R1147型的乙电（电子管阳极供电）由一个可以输出200V、20mA的转子发电机提供，而灯丝供电使用的是12V或24V电池组，整个接收机系统功耗36瓦。整套设备，包括电源装置、接收机和遥控器在内的重量为24磅。
大部分安装了R1147接收机的作战飞机还配备了远程控制系统，坐在接收机附近的人员可以选择直接操作控制器，或拨动切换开关，将接收器的控制权交给其他成员，其他成员通过临近的远程调谐装置，实现对接收机的远程控制。而例如海火I、II型这样的单座战斗机，为了方便飞行员操作也安装了此套系统。据资料记载，一台接收机最多甚至可以配备两台远程调谐装置，但具体的操作切换规则并未被提及。
R1147型之后还有另一种新型超外差接收机，可以匹配72DP型信标。
海火I/II型战斗机驾驶舱图，标号91是R1147接收机的远程调谐器，94是R1147接收机控制器，95是R1147接收机的远程控制切换开关
R1147A型接收机实物图
R1147接收机的远程调谐器实物图
信标手表（Beacon Watch）
由于缺少相关的历史图片和资料描述，以下部分结合了部分历史资料以及笔者的推测。
信标手表（beacon watch），资料中亦称“synchronized watch（用于参考手表）”是一种结构简单但比较独特的设备。它本质上是一个普通手表，外加了一个带有360°刻度的、可以手动旋转位置并随处定位的外表盘。
手表的秒针每分钟转一圈，每秒钟转6度，与一般的手表并无两样。由于72DM信标的发射器也是每分钟转过1圈，当信标主发射方向转向正北时，飞行员可以手动校准信标手表上的外表盘，此时若以360度刻度对准秒针并锁定，那么就可以认为信标和秒针是在“一起旋转”的，也就是同步旋转。之所以外表盘带有刻度，是为了测量秒针和360度刻度（0度刻度）的夹角，用于判别方向。具体判别方向的方法请见下文。
使用方法
1.舰载机飞行员在起飞之前，会将信标手表和信标进行“对表”。当信标主发射方向正好转向正北时，需要迅速将外表盘的360度刻度位置对准此时此刻秒针的位置并确保外表盘锁定。从此时至接下来的几个小时内，信标和秒针会同步旋转，每分钟转过1圈。
2.在执行完任务，需要返航时，飞机要先爬升至一定高度，以便接收来自信标的信号。操作人员打开接收机，调整频率使其能接收到信标发出的信号，理想效果是1分钟能在耳机中听到60次音量不一的“滴”声。
3.操作员需要一边看着手表，一边听耳机，当听到音量最大的那个“滴”声时，记录下此时此刻秒针指向的刻度角度值。由于接收设备并不带测向功能，因此这一步也是整个使用方法中的核心步骤。其基本原理是：信标每秒转过6度并短暂发送一次信号，当主发射方向对准舰载机时，接收机接受到的信号最强烈，音量自然也就最大。由于此过程中信标和秒针同步旋转，那么此时信标主发射方向（刚好对准舰载机）与地理正北的夹角，就刚刚好等于秒针与360度刻度之间的夹角。
4.操作员可以通过指南针找到地理正北，再在正北的基础上顺时针旋转过刚才在“信标手表”上得到的角度值，即可得到舰载机相对于航母的方位。
5.在这个方位角基础上再旋转180度（反过来），就可以得到此时航母相对于舰载机的方向。舰载机驾驶员顺着这个方向，在飞行过程中适当加以修正，即可顺利返航。
- 部分参考资料：
《C.W. RADIO AIDS TO HOMING AND BLIND APPROACH OF NAVAL AIRCRAFT》
《解剖舰船系列33：航空母舰“胜利”》
《Seafire [I, II, III] (fighter aircraft) Inspection Schedule》
《British Aircraft Carriers 1939–45 by Angus Konstam Tony Bryan(Illustrator) 》
http://www.radiomuseum.co.uk/R1147.html
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